Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева

Факультет светотехнический

Кафедра материаловедения

РЕФЕРАТ

СПЛАВЫ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ

Выполнила:

студентка 202 гр.

Гришенкова И.И.

Проверил:

доц. Ашрятов А.А.

Саранск 2003

СОДЕРЖАНИЕ

1. Медные сплавы

1.1 Свойства меди

1.2 Общая характеристика и классификация медных сплавов

2. Сплавы на основе алюминия

2.1 Свойства алюминия

2.2 Общая характеристика и классификация алюминиевых сплавов

3. Сплавы на основе магния

3.1 Свойства магния

3.2 Общая характеристика и классификация магниевых сплавов

4. Титан и сплавы на его основе

4.1 Свойства титана

4.2 Влияние легирующих элементов на структуру и свойства титановых сплавов. Особенности термической обработки титановых сплавов

5. Бериллий и сплавы на его основе

5.1 Свойства бериллия

5.2 Бериллиевые сплавы

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Медные сплавы

1.1 Свойства меди

Медь - металл красновато-розового цвета, медь менее тугоплавка, чем железо, но имеет большую плотность. Медь обладает хорошей технологичностью. Она прокатывается в тонкие листы, ленту. Из меди получают тонкую проволоку, медь легко полируется, хорошо паяется и сваривается. Медь характеризуется высокими теплопроводностью и электропроводимостью, пластичностью и коррозионной стойкостью. Примеси сжигают все эти свойства. Механические свойства меди в большой степени зависят от ее состояния, и в меньшей от содержания примесей.

Недостатки меди: высокая плотность, плохая обрабатываемость резанием и низкая жидкотекучесть.

1.2. Общая характеристика и классификация медных сплавов

Для легирования медных сплавов в основном используют элементы, растворимые в меди: Zn, Sn, Al, Si, Be, Mn, Ni. Повышая прочность медных сплавов, легирующие элементы практически не снижают, а некоторые из них (Zn, Sn, Al) увеличивают пластичность. Высокая пластичность - отличительная особенность медных сплавов. По прочности медные сплавы уступают сталям.

По технологическим свойствам медные сплавы подразделяются на деформируемые (обрабатываемые давлением) и литейные; по способности упрочняться с помощью термической обработки - на упрочняемые и неупрочняемые термической обработкой. По химическому составу медные сплавы подразделяются на две основные группы: латуни и бронзы.

Латунями называются сплавы меди с цинком. Они бывают двойными (простые) и многокомпонентными (легированные).

Латуни с содержанием 90% Cu и более называются томпаком, при 80-85% Cu - полутомпаком. Практическое значение имеют латуни, содержащие до 45% Zn. Сплавы с большим содержанием цинка отличаются высокой хрупкостью. Повышенное содержание цинка удешевляет латуни, улучшает их обрабатываемость резанием, способность прирабатываться и противостоять износу. Вместе с тем уменьшаются теплопроводность и электрическая проводимость, которые составляют 20-50% от характеристики меди.

Примеси повышают твердость и снижают пластичность латуней.

Однофазные латуни в основном выпускают в виде холодно-катанных полуфабрикатов: полос, лент, проволоки, листов, из которых изготовляют детали методом глубокой вытяжки (радиаторные трубки, снарядные гильзы, сильфоны, трубопроводы), а также детали, требующие по условиям эксплуатации низкую твердость (шайбы, втулки, уплотнительные кольца и др.).

Ввиду малой пластичности при низких температурах двухфазные латуни выпускают в виде горячекатанного полуфабриката: листков, прутков, труб, штамповок. Из них изготовляют втулки, гайки, тройники, штуцеры, токопроводящие детали электрооборудования и др.

Легированные латуни применяют как для деформируемых полуфабрикатов, так и в виде фасонных отливок. Литейные латуни, как правило, содержат большое количество цинка и легирующих элементов.

Для легирования латуней используют Al, Fe, Ni, Sn, Si. Эти элементы повышают коррозионную стойкость латуней. Поэтому легированные латуни широко применяют в речном и морском судостроении (конденсаторные и манометрические трубки и др. детали). Оловянные латуни называют морскими.

Алюминий повышает прочность, твердость латуней. Практическое применение находят высокомедистые латуни с добавлением алюминия до 4%, которые хорошо обрабатываются давлением.

Кремний улучшает жидкотекучесть, свариваемость и способность к горячей и холодной пластической деформации латуней. Кремнистые латуни характеризуются высокой прочностью, пластичностью, вязкостью не только при 20-25⁰ С, но и при низких температурах (до - 183⁰ С).

Никель повышает растворимость цинка в меди и улучшает механические свойства латуней. Никелевые латуни хорошо обрабатываются давлением в холодном и горячем состояниях.

Бронзами называются сплавы меди со всеми элементами, кроме цинка. Название бронзы дают по основным элементам. Так, их подразделяют на оловянные, алюминиевые, бериллиевые, кремнистые и др. Сплавы меди с никелем имеют названия: мельхиоры, куниали, нейзильберы.

Оловянные бронзы.

Практическое значение имеют бронзы, содержащие до 10% Sn. Двойные оловянные бронзы применяют редко, так как они дороги.

Оловянные бронзы легируют Zn, Pb, Ni, P. Для экономии более дорогостоящего олова в бронзы добавляют от 2 до 15% Zn. Это способствует повышению механических свойств. Цинк улучшает их жидкотекучесть, плотность отливок, способность к сварке и пайке. Свинец повышает антифрикционные свойства и улучшает обрабатываемость резанием оловянных бронз. Фосфор, являясь раскислителем оловянных бронз, повышает их жидкотекучесть, износостойкость улучшается благодаря появлению твердых включений фосфида меди Cu₃ P. Кроме того, он повышает временное сопротивление, предел упругости и выносливость бронз. Никель способствует измельчению структуры и повышению механических свойств.

Бронзы хорошо обрабатываются резанием, паяются, хуже свариваются.

Большое количество Zn и Pb повышает их жидкотекучесть. Улучшает плотность отливок, антифрикционные свойства и обрабатываемость резанием. Структура оловянных бронз удовлетворяет требованиям, предъявляемым к структуре антифрикционных сплавов. Высокая коррозионная стойкость в атмосферных условиях, пресной и морской воде способствует широкому применению литейных бронз для пароводяной арматуры, работающей под давлением.

Деформируемые бронзы содержат до 6-8% Sn. Они характеризуются хорошей пластичностью и более высокой прочностью, чем литеные.

Наряду с хорошей электрической проводимостью, коррозионной стойкостью и антифрикционностью, деформируемые бронзы обладают высокими упругими свойствами и сопротивлением усталости. Их используют для изготовления круглых и плоских пружин в точной механике, электротехнике, химическом машиностроении и других областях промышленности.

Алюминиевые бронзы

Они отличаются высокими механическими, антикоррозионными и антифрикционными свойствами. К преимуществам перед оловянными бронзами относятся меньшая стоимость, более высокие механические и некоторые технологические свойства.

Кремнистые бронзы

Они характеризуются хорошими механическими, упругими и антифрикционными свойствами. Они хорошо свариваются, паяются, удовлетворительно обрабатываются резанием. Литейные свойства кремнистых бронз ниже, чем оловянных, алюминиевых бронз и латуней.

Кремнистые бронзы выпускают в виде ленты, полос, прутков, проволоки. Для фасонных отливок они применяются редко. Их используют вместо более дорогих оловянных бронз при изготовлении антифрикционных деталей, а также для замены бериллиевых бронз при производстве пружин, мембран и других деталей приборов, работающих в пресной и морской воде.

2. Сплавы на основе алюминия

3.1. Свойства магния

Магний - металл серебристо-белого цвета. Магний и его сплавы отличаются низкой плотностью, хорошей обрабатываемостью резанием и способностью воспринимать ударные и гасить вибрационные нагрузки. Теплопроводность магния в 1,5, а электропроводимость - в 2 раза ниже, чем у алюминия. Примерно в 1,5 раза меньше, чем у алюминия, и его модуль нормальной упругости. Однако они близки по удельной жесткости. Примеси Fe, Si, Ni, Cu понижают и без того низкие пластичность и коррозионную стойкость. При нагреве магний активно окисляется и при температуре выше 623⁰ С на воздухе воспламеняется. Это затрудняет плавку и разливку магния и его сплавов. Порошок, тонкая лента, мелкая стружка магния представляют большую опасность, так как самовозгораются на воздухе при обычных температурах, горят с выделением большого количества теплоты и излучением ослепительно яркого света.

Чистый магний из-за низких механических свойств как конструкционный материал практически не применяется. Он используется в пиротехнике, в химической промышленности для синтеза органических препаратов, в металлургии различных металлов и сплавов - как раскислитель, восстановитель и легирующий элемент.

3.2. Общая характеристика и классификация магниевых сплавов

Достоинством магниевых сплавов является высокая удельная прочность. Основными легирующими элементами магниевых сплавов являются Al, Zn, Mn. Для дополнительного легирования используются цирконий, кадмий, церий, ниодим и другие. Механические свойства сплавов магния при t = 20-25⁰ С улучшаются при легировании алюминием, цинком, цирконием, при повышенной - добавкой церия, ниодима и особенно тория. Цирконий и церий оказывают модифицирующее действие на структуру сплавов магния. Особенно эффективно модифицирует цирконий. Цирконий и марганец способствуют устранению или значительному уменьшению влияния примесей железа и никеля на свойства сплавов.

Увеличение растворимости легирующих элементов в магнии с добавлением температуры дает возможность упрочнять магниевые сплавы с помощью закалки или искусственного старения.

Магниевые сплавы хорошо обрабатываются резанием (лучше, чем стали, алюминиевые и медные сплавы), легко шлифуются и полируются. Высокие скорости резания и небольшой расход энергии способствуют снижению стоимости обработки резанием деталей из магниевых сплавов по сравнению с другими сплавами. Они удовлетворительно свариваются контактной роликовой и дуговой сваркой.

К недостаткам магниевых сплавов, наряду с низкой коррозионной стойкостью и малым модулем упругости, следует отнести плохие литейные свойства, склонность к газонасыщению, окислению и воспламенению при их приготовлении. Небольшие добавки бериллия (0,02 - 0,05%) уменьшают склонность к окисляемости, кальция (до 0,2%) - к образованию микрорыхлот в отливках. Плавку и разливку магниевых сплавов ведут под специальными флюсами.

По технологии изготовления магниевые сплавы подразделяют на литейные и деформируемые; по механическим свойствам - на сплавы невысокой и средней прочности, высокопрочные и жаропрочные; по склонности к упрочнению с помощью термической обработки - на сплавы, упрочняемые и неупрочняемые термической обработкой. Для повышения пластичности магниевых сплавов их производят с пониженным содержанием вредных примесей Fe, Ni, Cu (повышенной чистоты).

4. Титан и сплавы на его основе

4.1. Свойства титана

Титан - металл серого цвета. Он имеет две полиморфные модификации.

Отличительными особенностями являются хорошие механические свойства, малая плотность, высокая удельная прочность и коррозионная стойкость. Низкий модуль упругости титана, почти в два раза меньше, чем у железа и никеля, затрудняет изготовление жестких конструкций.

Механические свойства титана характеризуются хорошим сочетанием прочности и пластичности.

Механические свойства титана сильно зависят от наличия примесей, особенно водорода, кислорода, азота и углерода, которые образуют с титаном твердые растворы внедрения и промежуточные фазы: гидриды, оксиды, нитриды и кирбиды. Небольшое количество кислорода, азота и углерода повышает твердость, временное сопротивление и предел текучести, однако при этом значительно уменьшается пластичность, снижается коррозионная стойкость, ухудшаются свариваемость, способность к пайке и штампуемость. Поэтому содержание этих примесей в титане ограничено сотыми, а иногда тысячными долями процента. Аналогичным образом, но в меньшей степени, оказывают влияние на свойства титана железо и кремний. Очень вредная примесь в титане - водород. Присутствие в весьма незначительном количестве, водород выделяется в виде тонких хрупких пластин гидридной фазы на границах зерен, что значительно охрупчивает титан. Водородная хрупкость наиболее опасна в сварных конструкциях из-за наличия в них внутренних напряжений. Допустимое содержание водорода в техническом титане находится в пределах 0,008 - 0,012%.

При повышении температуры до 250⁰ С предел прочности снижается почти в 2 раза. Титан обладает склонностью к ползучести даже при температуре 20-25⁰ С. Титан обладает высокой прочностью и удельной прочностью не только при температуре 20-25⁰ С, но и в условиях глубокого холода.

Пластическая деформация значительно повышает прочность титана. При степени деформации 60 - 70% прочность увеличивается почти в 2 раза.

При повышении температуры титан активно поглощает газы: начиная с 50 - 70⁰ С - водород, свыше 400 - 500⁰ С - кислород и с 600 - 700⁰ С - азот, окись углерода и углекислый газ. Благодаря способности к газопоглощению при повышении температуры титан нашел применение в радио- и электронной промышленности в качестве геттерного материала. Геттеры предназначены для повышения вакуума электронных ламп. Технический титан хорошо обрабатывается давлением. Из него изготовляют все виды прессованного и катанного полуфабриката: листы, трубы, проволоку, поковки. Титан хорошо сваривается аргонодуговой и точечной сваркой. Сварной шов обладает хорошим сочетанием прочности и пластичности. Титан плохо обрабатывается резанием, налипает на инструмент, в результате чего тот быстро изнашивается. Для обработки титана требуются инструменты из быстрорежущей стали и твердых сплавов, малые скорости резания при большой подаче и глубине резания, интенсивное охлаждение.

К недостатку титана относятся также низкие антифрикционные свойства.

4.2. Влияние легирующих элементов на структуру и свойства титановых сплавов. Особенности термической

5.1. Свойства бериллия

Бериллий - металл серого цвета, обладающий полиморфизмом.

Помимо очень высоких удельных прочности и жесткости, бериллий имеет большую теплоемкость, обладает хорошими теплопроводностью и электропроводимостью, демпфирующей способностью и другими ценными свойствами.

Бериллий относится к числу редких металлов. Его добывают из минерала берилла, представляющего собой двойной силикат бериллия и алюминия. Содержание в земной коре бериллия небольшое - 0,0005%. Малая распространенность в природе, сложная и дорогая технология извлечения из руд, получение из него полуфабрикатов и изделий определяют высокую стоимость бериллия. Помимо высокой стоимости, малой пластичности, низкой технологичности и анизотропии свойств к недостаткам следует отнести токсичность бериллия. В связи с этим обработку бериллия на металлорежущих станках проводят в специальных помещениях и в специальных пылезащитных костюмах и масках. При работе с бериллием необходимо тщательно выполнять правила техники безопасности.

По удельным прочности и жесткости бериллий превосходит высокопрочные стали и все сплавы на основе легких металлов Mg, Al и Ti, а по удельной жесткости и металлы, обладающие более высоким модулем упругости (W и Mo). К тому же высокий модуль упругости бериллия мало изменяется при увеличении температуры до 450⁰ С. Вот почему бериллий является одним из лучших материалов для деталей конструкций, где особо важны собственная масса конструкции, жесткость ее силовых элементов. Расчеты показали, что самолет, изготовленный на 80% из бериллия, будет в 2 раза легче, чем из алюминия. При этом на 40% увеличится дальность полета и значительно повышается грузоподъемность самолета.

Бериллий применяют в консолях крыльев, элеронах, тягах управления и других деталях сверхзвуковых самолетов, в ракетной технике из него изготовляют панели обшивки, промежуточные отсеки, соединительные элементы, приборные стойки.

Бериллий обладает большой скрытой теплотой плавления и очень высокой скрытой теплотой испарения. По удельной теплоемкости он в 2,5 раза превосходит алюминий, в 4 раза - титан и в 8 раз - сталь, по электропроводимости и теплопроводности стоит за алюминием, уступая ему в теплопроводности только ~ 12%. Все эти свойства способствуют успешному применению бериллия в качестве теплозащитного материала в ракетной и особенно космической технике (головные части ракет, передние кромки крыльев сверхзвуковых самолетов, оболочки кабин космонавтов).

Применение бериллия как конструкционного материала в атомной технике вызвано его способностью слабо поглощать.

5.2. Бериллиевые сплавы

Список использованных источников

1. Материаловедение: Учебник для высших технических учебных заведений. Б.Н. Арзамасов, И.И. Сидорин, Г.Ф. Косолапов и др.; Под общей редакцией Б.Н. Арзамасова; 2-е издание, непр. и доп.; М.: Машиностроение. 1986